Материал: Рогожин В.В., Рогожина Т.В. Биохимия сельскохозяйственной продукции
Глава 4. Нуклеиновые кислоты
|
O |
|
|
|
NH |
|
CH3 |
|
O |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
HN |
6 |
N |
|
6 |
|
N |
HN |
N |
||||
|
|
HN |
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
N |
N |
|
N |
|
|
H3C |
HN |
N |
N |
||
|
|
|
|
|
N |
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Рибоза |
|
|
|
Рибоза |
|
|
Рибоза |
|||
|
Инозин |
N6-Метиладенозин |
|
N2-Метилгуанозин |
||||||||
В ферментативных реакциях в качестве коферментов могут участвовать нуклеотиды, в состав которых присоединен еще один или два остатка фосфата. Эти соединения называются нуклеозиддифосфаты (АДФ, ГДФ, УДФ, ЦДФ и ТДФ) или нуклеозидтрифосфаты (АТФ, ГТФ, УТФ, ЦТФ и ТТФ).
|
|
|
NH2 |
|
|
|
|
|
N |
|
|
|
N |
|
|
|
|
N |
N |
OH |
OH |
OH |
|
|
|
|
|||
HO P |
O P O |
P O CH2 |
O |
|
|
|
|||
O |
O |
O |
|
|
OH OH
Аденозин- |
Аденозин- |
5′-трифосфат |
5′-монофосфат |
(АТФ) |
(АМФ) |
Аденозин- 5′-дифосфат (АДФ)
Реакции дезаминирования нуклеотидов катализируют различные дезаминазы. Так, например, АМФ-дезаминаза катализирует следующую реакцию:
АМФ + Н2О → ИМФ + NH3
Восстановление АМФ возможно в ходе реакций, использующих аспартат и катализируемых аденилсукцинатсинтетазой и аденилсукциназой (рис. 4.1). Аминирование инозин-5′-монофосфата (ИМФ) протекает через стадию образования аденилосукцината, промежуточного соединения аспартата и инозиновой кислотой. Образование аденилосукцината катализируется аденилосукцинатсинтетазой (1). Реакция протекает в присутствии ГТФ и ионов магния. Отщепление фумарата от аденилосукцината осуществляется при участии аденилосукциназы (2). В результате образу-
63
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Глава 4. Нуклеиновые кислоты |
|||||
ется адениловая кислота. Аналогично образуется гуанозинмонофосфат. |
|||||||||||||||
При этом образуется промежуточное соединение ксантозинмонофосфат. |
|||||||||||||||
В реакции участвует НАД+ и Н О. На следующей стадии ксантозинмоно- |
|||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
фосфат аминируется аминогруппой глутамина (см. рис. 4.1). Для проте- |
|||||||||||||||
кания реакции необходима АТФ. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
–OOC C |
H |
COO– |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
H |
C |
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
–OOC |
C |
COO– |
H2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
O |
C |
NH |
|
|
H |
H |
|
NH2 |
|
|||||
|
|
N |
|
H2 |
|
+ |
|
|
N |
–OOC |
C |
C |
COO– |
|
N |
HN |
|
|
|
NH3 |
1 H2O |
N |
|
|
|
|
|
|
N |
|
|
|
|
|
|
ГТФ, Mg2+ |
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
||
|
N |
N |
|
|
|
|
|
N |
N |
|
|
|
|
N |
N |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
рибозо-5-фосфат |
|
|
|
рибозо-5-фосфат |
|
|
|
|
рибозо-5-фосфат |
|||||
ИНОЗИНМОНОФОСФАТ |
|
|
АДЕНИЛОСУКЦИНАТ |
|
|
|
АДЕНОЗИНМОНОФОСФАТ |
||||||||
НАД+ |
H2O |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
НАДН |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
+Н+ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
O |
N |
|
|
|
|
|
O |
N |
|
|
|
|
|
|
HN |
Глутамин |
Глутамат |
HN |
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
4 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
O |
|
|
|
|
АТФ |
H2N |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
N |
N |
|
|
|
|
N |
N |
|
|
|
|
|
|
||
|
H |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
рибозо-5-фосфат |
|
|
|
рибозо-5-фосфат |
|
|
|
|
|
|||||
КСАНТОЗИНМОНОФОСФАТ |
|
|
ГУАНОЗИНМОНОФОСФАТ |
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
Рис. 4.1. Превращение ИМФ в АМФ и ГМФ |
|
|
|||||||||
|
|
(1 — аденилосукцинатсинтаза, 2 — аденилосукциназа, |
|
||||||||||||
|
|
3 — ИМФ-дегидрогеназа, 4 — ксантозинмонофосфатаминаза) |
|
||||||||||||
Азотистые основания поглощают свет ультрафиолетовой области спектра с длиной волн 200…300 нм и максимумом около 260 нм.
Нуклеиновые кислоты, полинуклеотиды — важнейшие биологически активные биополимеры, содержащиеся в каждой клетке всех организмов. ДНК локализуются преимущественно в ядрах и митохондриях клеток, а РНК находятся главным образом в цитоплазме.
Нуклеиновыми кислотами являются высокомолекулярные соединения с молекулярной массой 2,5 · 104…4 · 109, основным строительным элементом которых служат нуклеотиды. Цепи нуклеиновых кислот содержат от нескольких десятков до многих тысяч нуклеотидных остатков, расположенных линейно в определенной последовательности, уникальной для данной нуклеиновой кислоты. При этом как РНК, так и ДНК представлены огромным множеством соединений. Индивидуальная линейная последовательность нуклеотидов определяет первичную структуру нуклеиновой кислоты, которая образована за счет последовательного связы-
64
4.1. Дезоксирибонуклеиновые кислоты
вания нуклеотидов, соединенных между собой за счет фосфодиэфирных связей. В образовании межнуклеотидной связи участвуют гидроксильные группы в 3′- и 5′-положениях остатков углеводов.
NH2
N
N
O N N
NH2
O 
P
O
CH2 O
OH |
|
N |
|
|
|
|
|
O |
|
O |
N |
|
|
|
|
|
|
|
|
OH |
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
O P O |
CH2 |
O |
|
|
N |
|
|
OH |
|
|
|
|
|
|
N |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
O |
|
|
|
N |
N NH2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
O |
O |
P |
O |
|
CH2 |
O |
|
CH3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
OH |
|
|
|
HN |
|
|
|
|
|
|
O |
|
O |
N |
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
O |
P |
O CH2 |
O |
|
|
|
|
|
OH |
|
|
|
|
|
|
|
|
O |
|
|
Фрагмент структуры ДНК
Вторичная структура нуклеиновой кислоты возникает в результате сближения определенных пар азотистых оснований, а именно: три поперечные водородные связи формируются между гуанином и цитозином (Г≡Ц) и две — между аденином и тимином (А=Т) или (А=У) по принципу комплементарности, а также гидрофобных взаимодействий между ними.
4.1. ДЕЗОКСИРИБОНУКЛЕИНОВЫЕ КИСЛОТЫ
ДНК — это высокомолекулярное соединение, образованное за счет последовательного связывания нуклеотидов в полинуклеотидную цепь, в упорядоченном расположении которых заложена индивидуальная информация о живом организме, реализуемая через упорядоченный синтез белков и формирование специализированных органелл, входящих в состав клетки, которые определяют индивидуальные признаки организма.
65
66
NH2
N
N A
N
N
5'HOCH2 O
OH
O
|
|
|
O |
|
|
NH |
U |
|
|
|
|
O |
O N |
||
P O |
CH2 O |
|
|
O; |
|
|
|
|
|
|
OH |
|
O |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
A |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
U |
|
|
OH |
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
G |
|
|
|
|
OH |
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
C |
|
|
|
OH |
||||||||
|
|
|
|
|
|
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
2'OH |
||||||||
|
O |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
N |
||||||||||||
|
HN |
G |
|||||||||||||
|
|
|
|||||||||||||
O |
N |
N |
|||||||||||||
H2N |
|||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
P O |
CH2 O |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
O; |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
OH |
||||||||||||
|
O |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
Фрагмент структуры РНК
5'OH
–O
P 
O
–O
P 
O
–O
P 
O
3'OH
|
|
NH2 |
|
N |
C |
O |
O |
N |
P O |
CH2 O |
|
O; |
|
|
|
3'OH |
OH |
кислоты Нуклеиновые .4 Глава
4.1. Дезоксирибонуклеиновые кислоты
|
|
H3C |
O |
|
H2N |
N |
|
|
OH |
|
|
||
OH |
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
HO P |
O |
|
|
NH |
|
N |
|
|
|
|
|
|
|
O |
|
O |
|
N |
|
|
N |
|
|
O |
O |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
O |
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
H2N |
|
|
O P |
OH |
|
|
|
|
|
|
|
N |
O |
|
|
O |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
O |
|
|
|
|
|
N |
|
|
|
|
|
|
HO |
|
|
O |
N |
|
NH |
|
|
|
|
|
||
P |
|
N |
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
O |
|
|
|
|
O |
|
|
O |
|
NH2 |
O |
|
|
O |
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
O P |
OH |
|
|
|
O |
|
|
NH2 |
O |
|
N |
|
O |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
HO |
|
|
O |
|
N |
HN |
|
|
|
|
|
|
|
P |
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
O |
O |
|
N |
|
|
N |
|
O |
O |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
O |
|
|
|
||||||
|
|
|
|
H2N |
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
O |
P OH |
OH
OH
Фрагмент цепочки ДНК
ДНК является полинуклеотидом (биополимер). В растениях выявлено три вида ДНК: ядерная, митохондриальная и хлоропластная.
Устойчивость структуры ДНК приобретается путем комплементарного и антипараллельного связывания между собой двух полинуклеотидных цепей с помощью водородных связей, образуя правовинтовую спираль вокруг общей оси (рис. 4.2, а). ДНК может находиться в А-, В- и Z-фор- мах (рис. 4.2, б). Конфигурация двойной спирали ДНК меняется в зависимости от количества воды и ионной силы окружающей среды. У А-формы наблюдается некоторое смещение пар оснований от оси молекулы к периферии. А- и В-формы представляют собой правозакрученную двойную спираль, тогда как Z-форма ДНК имеет левозакрученную конфигурацию. Различия в структурах ДНК обусловливают индивидуальность функционирования полинуклеотида. Так, А-форма ДНК способна выполнять роль матрицы в процессе транскрипции, а В-форма — роль матрицы в процессе репликации.
Вструктуре ДНК записана информация о всех белках, синтезируемых
вклетке, а также индивидуальные (видовые) свойства, форма и поведение живого организма. Таким образом, ДНК представляет собой правильно ориентированную в пространстве спираль, образованную за счет комплементарного расположения двух полинуклеотидных цепей, закрученных друг относительно друга и вокруг общей оси. Диаметр спирали равен 1,8 нм,
67